CN112834313A - 一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液和实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液和实验方法，所述化学混合溶液包括混合有溶剂的氨基酸手性分子、β‑环糊精和包含二价镁离子的化合物。本发明给出的用于分析氨基酸手性结构分析的溶液成分组成简单，如β‑环糊精，容易获得，成本低，能够与现有的实验方法结合，实现对大多数氨基酸分子的手性结构进行快速的分析，获得氨基酸分子的手性结构信息。
Description
技术领域
本发明涉及化学分析领域，具体涉及一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液和实验方法。
背景技术
分子的组成和结构是分子的最基本性质，几乎每一种分子都有其特殊的组成和结构，它们决定了一种分子的基本物理，化学性质，甚至是生物学性质。手性结构分子是一类特殊的分子结构，它是指一种分子同时存在二种同分异构体，这二种同分异构体分子具有完全相同的分子量、和分子结构，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。如人的左右手、结构相同，大姆至小指的次序也相同，但顺序不同，左手是由左向右，右手则是由右向左，所以叫做“手性”。故被称为手性化合物，或手性分子。
手性分子一般分为广泛存在于自然界和生物体内。例如，自然界中的糖以及核酸、淀粉、纤维素中的糖单元，都为D—构型；地球上的一切生物大分子的基元材料—氨基酸，绝大多数为L—构型；此外，药物中,有许多是手性药物，且其药效作用多与它们和体内靶分子间的手性匹配和手性相关。即手性药物的不同对映异构体，在生理过程中会显示出不同的药效，一种对映异构体对治疗有效，而另一种对映异构体则可能对身体有害，如“反应停(Thalidomide)悲剧”就是一个突出的例子。在消旋体“反应停”中，只有它的(R)-异构体有镇静作用，而它的(S)-异构体则是具有致畸作用的。惨痛的教训使人们认识到，在使用手性药物时，必须对它的两个异构体进行分别分析和实验。一些药物的另一对映异构体，表现有不良作用的例子还很多。
手性农药的情况类似，一种农药一种手性结构有效，但它的另一对映异构体对农作物可能有害。例如，芳香基丙酸类除草剂fluazifop-butyl，只有(R)—异构体是有效的。又如杀虫剂asana，它是含两个不同手性中心的手性分子，存在四个手性异构体，但真正有杀虫作用的只有一种异构体，其余三种不但没有杀虫作用,而且对植物有毒。这样的例子还可以举出很多。
由于分子手性结构的极其重要性，关于分子的手性识别与分离的技术近年内来获得了发展迅速，搞清楚手性分子的手性结构，特别是了解一种具有重要生物作用的分子的手性结构具有重要的理论意义和应用价值。近年来，科学家们已发展了多种手性分子分析和分离的方法，如色谱法、传感器法和光谱法等。
但由于手性分子种类的多样性和复杂性，很难有一种方法可以适用于所以手性分子的分析或分离，因此，研究和开发新的，更加有效的分子手性分析和分离方法一直是大家感兴趣的热门领域之一。
蛋白质是生命的基础，而氨基酸是组成蛋白质分子的基本结构单元。研究表明，氨基酸也有手性之分，并且组成生命体的氨基酸几乎都是左旋氨基酸，而没有右旋氨基酸
在组成蛋白质分子的20个最常见氨基酸中，除了最简单的甘氨酸以外，其它氨基酸都有另一种手性对映体，但组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸，而没有右旋氨基酸。更进一步，因为人是由左旋氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢右旋分子，所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担，甚至造成对生命体的损害。所以，分析氨基酸等分子的手性结构，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液和实验方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，所述化学混合溶液包括混合有溶剂的氨基酸手性分子、β-环糊精和包含二价镁离子的化合物。
上述技术方案所述氨基酸手性分子的浓度为10-10～1摩尔/升，所述β-环糊精的浓度为10-10～1摩尔/升，所述包含二价镁离子的化合物的浓度为10-10～1摩尔/升。
上述技术方案所述氨基酸手性分子包括Ser、Leu、Met、Thr、Tyr、Phe、Ile、Arg、Lys、Glu、Trp、Asn、His、Cys。
上述技术方案所述包含二价镁离子的化合物为含二价镁离子的盐、含二价镁离子的碱、含二价镁离子的络合物中的一种。
上述技术方案所述β-环糊精还包括β-环糊精的衍生物。
上述技术方案所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、甲酸、乙酸中的一种或多种。
一种用于氨基酸分子手性构象分析的实验方法，具有以下步骤：
S1,将需要进行手性构象分析的氨基酸分子、β-环糊精和含有二价镁离子的化合物添加溶剂后配制成氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物；
S2,将氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物使用离子源产生氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子；
S3,测量氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子的离子碰撞截面，或使用离子迁移谱的实验装置测量氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子的离子迁移谱，即可获得氨基酸分子的手性构象信息。
上述技术方案S1中，所述离子源为电喷雾电离离子源、激光辅助脱附电离离子源和解吸电喷雾电离离子源中的一种。
上述技术方案所述实验装置为离子迁移谱、包含离子迁移谱的复合型实验装置中的一种。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
本发明给出的用于分析氨基酸手性结构分析的溶液成分组成简单，如β-环糊精，容易获得，成本低，能够与现有的实验方法结合，实现对大多数氨基酸分子的手性结构进行快速的分析，获得氨基酸分子的手性结构信息。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是氨基酸分子的分子通式结构示意图。
图2是β-环糊精的分子结构示意图。
图3为氯化镁(MgCl2)，β-环糊精(βCD)和D/L-氨基酸混合溶液的质谱图，各种主要离子产物如图中所示。
图4是几种“氨基酸分子-环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子”的离子迁移谱实验结果图。每种手性氨基酸对应的离子迁移谱如图中所示。
图5是根据本发明所给出的可以被分析的14种氨基酸的名称及分子式。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本发明所给出的用于分析氨基酸分子手性结构的混合溶液包括：含有贝塔环糊精(βCD)和包含金属镁二价离子的混合溶液。在实验研究中，先将需要进行手性分析的氨基酸样品和一定量的β-环糊精，含镁二价离子的盐或碱等溶于适当的溶剂中，制备含有氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物。适当的溶剂是指，必须使得氨基酸，β-环糊精，含二价镁的化合物可以溶解。适当的溶剂可以是纯水，也可以是水与其它溶剂，如甲醇，乙醇，丙酮，甲酸，乙酸等常用化学试剂的混合物，其具体的化学组成比例和每种溶剂的比例可以不受限制，应该根据实验研究需要决定。一般来讲，为了保证所分析的氨基酸可以有效生成“氨基酸-β-环糊精-二价镁离子”的三元混合物，β-环糊精和镁离子的浓度含量应高于氨基酸的浓度含量。
本发明给出的实验分析方法为，利用合适的离子产生装置，如电喷雾电离离子源，基质辅助的激光脱附电离离子源，或DESI离子源，或其它任何一种能够从包括氨基酸手性分子样品与β-环糊精和包含二价镁离子的可溶性镁的溶液中产生“氨基酸分子-β-环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子”的其它种类的离子源，产生用于后续手性结构分析的氨基酸分子-环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子。产生的氨基酸分子-环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子将被引入到包括离子迁移谱装置的实验分析仪器中，如“存储离子迁移谱-飞行时间谱仪器装置(Trapped ion mobility time-of-flight spectrometry)”，也可以是其它的离子迁移谱装置中，进行三元混合物离子的结构分析，根据发明人的初步研究结果，具有不同手性结构的氨基酸分子与β-环糊精-二价镁离子所形成的三元混合物的离子具有不同的离子迁移谱，或不同的碰撞截面，即表明它们具有不同的空间结构。因此根据实验结果，即可获得氨基酸的手性结构信息，或含有不同手性结构的氨基酸样品的手性分子组成和相对含量信息。
发明人的研究结果还表明，β环糊精以及它的衍生物与氨基酸分子-二价镁离子形成的三元混合物的二价离子都可以用于分析氨基酸的手性结构。
同时，所有可以溶于包含水的含镁二价离子的盐，如硝酸镁，氯化镁，硫酸镁，或氢氧化镁等可以给出二价镁离子的化合物都用于制备“氨基酸分子-环糊精-二价镁离子”混合溶液，产生“氨基酸分子-β-环糊精-二价镁离子的三元混合物的二价离子”的三元混合物的离子，用于实验分析研究。
首先，分别称取适量的氯化镁(MgCl2)，β-环糊精(βCD)和D/L-氨基酸，利用甲醇：水混合溶液(CH3OH:H2O＝1：1)溶液分别配制成浓度为1毫摩尔/每升(1mol/L)的氯化镁(MgCl2)，β-环糊精和D/L-氨基酸的母液，然后各取氯化镁(MgCl2)，β-环糊精和D/L-氨基酸的母液100μm溶液到样品管中，最后，加入甲醇：水(1：1)溶液并稀释到10-4mol/L。以分析苯丙氨酸(Phe)为例，分别配制含有10-4mol/L不同手性氨基酸D-Phe，L-Phe以及D/L-Phe与氯化镁和β-环糊精的混合溶液。然后利用Bruke生产的TIMS-TOFMS仪器分别进行测试氨基酸的手性结构，其具体实验过程为，利用TIMS-TOFMS仪器的电喷雾电离(ESI)离子源产生样品离子，并质谱分析ESI所产生的各种离子产物(图3为一次实验中所获得的质谱结果示意图)。然后进一步利用此仪器分析(Phe-βCD-Mg)2+二价离子(m/e＝661.7173)的离子迁移谱(如图3所示)，由于(D-Phe-βCD-Mg)2+和(L-Phe-βCD-Mg)2+离子具有不同的碰撞截面，因此具有不同的离子迁移率(如图4所示)，通过对比分析，我们获得被分析氨基酸，即Phe的手性结购，即它是D-Phe还是L-Phe。同时由于所获得的质谱信号强度和离子迁移谱信号强度都与溶液中氨基酸的浓度有关，因此，根据对应于某种手性氨基酸的离子迁移谱强度，即可推算出溶液中所含此种手性氨基酸的含量，即实现定量分析。
利用同样的实验步骤和实验方法，也可以分析其它氨基酸的手性结构和每种手性氨基酸的相对含量。
在实验过程中，可以根据需要配制适合浓度的溶液，即溶液中氯化镁(MgCl2)，β-环糊精(βCD)和D/L-氨基酸的浓度可以根据实验需要而决定。此外，每种化合物在混合溶液中的浓度可以相同，也可以不同。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述化学混合溶液包括混合有溶剂的氨基酸手性分子、β-环糊精和包含二价镁离子的化合物。
2.根据权利要求1所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述氨基酸手性分子的浓度为10-10～1摩尔/升，所述β-环糊精的浓度为10-10～1摩尔/升，所述包含二价镁离子的化合物的浓度为10-10～1摩尔/升。
3.根据权利要求2所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述氨基酸手性分子包括Ser、Leu、Met、Thr、Tyr、Phe、Ile、Arg、Lys、Glu、Trp、Asn、His、Cys。
4.根据权利要求1所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述包含二价镁离子的化合物为含二价镁离子的盐、含二价镁离子的碱、含二价镁离子的络合物中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述β-环糊精还包括β-环糊精的衍生物。
6.根据权利要求1所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的化学混合溶液，其特征在于：所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、丙酮、甲酸、乙酸中的一种或多种。
7.一种用于氨基酸分子手性构象分析的实验方法，其特征在于，具有以下步骤：
S1,将需要进行手性构象分析的氨基酸分子、β-环糊精和含有二价镁离子的化合物添加溶剂后配制成氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物；
S2,将氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物使用离子源产生氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子；
S3,测量氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子的离子碰撞截面，或使用离子迁移谱的实验装置测量氨基酸分子-β环糊精-二价镁离子的三元混合物的离子的离子迁移谱，即可获得氨基酸分子的手性构象信息。
8.根据权利要求7所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的实验方法，其特征在于：S1中，所述离子源为电喷雾电离离子源、激光辅助脱附电离离子源和解吸电喷雾电离离子源中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种用于氨基酸分子手性构象分析的实验方法，其特征在于：所述实验装置为离子迁移谱、包含离子迁移谱的复合型实验装置中的一种。
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